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© Fraunhofer ·· Seite 1
Digitalisierung und MittelstandIndustrie 4.0 in der Fabrik der Zukunft
Dipl.-Ing. Heinz-Georg Pater, Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik Dortmund
© Fraunhofer ·· Seite 2
Forschen für die Praxis – Die Fraunhofer-Gesellschaft
67 Institute und selbstständige Forschungseinrichtungen
Mehr als 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Forschungsvolumen: 2,1 Milliarden Euro
Rund 70 Prozent erwirtschaftet Fraunhofer aus Aufträgen der Industrie und öffentlich finanzierten Forschungsprojekten
Rund 30 Prozent Grundfinanzierung
Internationale Niederlassungen: Kontakt zu den wichtigsten Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen
»Fraunhofer-Linien«
© Fraunhofer ·· Seite 3
INHALT DER ZUSAMMENARBEITWas kann Fraunhofer für Kunden tun?
Systeme verbessern
Verbesserte Leistungen
Kosteneffizienz
Produkte entwickeln
Prototypen
Herstellungsverfahren
Kleinserien
Märkte analysieren und zu Innovationen beraten
Beobachtung von technologischen Trends und Marktentwicklungen
Machbarkeitsstudien und Wirtschaftlichkeitsanalysen
Information zu Fördermöglichkeiten
Neue Technologien einbringen
Fraunhofer bewegt sich an der Spitze technologischer Entwicklungen und weiß diese in Produkte /Systeme einzubringen
© Fraunhofer ·· Seite 4
Daten und Fakten des Fraunhofer IML
Gegründet 1981
270 Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen
250 Doktoranden und studentische Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen
25,5 Mio. € Umsatz, davon 50 Prozent aus der Wirtschaft (2015)
Außenstellen und Projektzentren in Frankfurt am Main, Hamburg, Prien / Chiemsee
Kooperationen mit HSG St. Gallen (Schweiz), Georgia Tech (USA), Lissabon (Portugal), Shanghai (China), Rio de Janeiro (Brasilien),Istanbul (Türkei)
© Fraunhofer ·· Seite 5
Die 3 Fachbereiche des Fraunhofer IML
MATERIALFLUSSSYSTEME
Informationslogistik und Assistenzsysteme
Intralogistik- und -IT Planung
Automation und eingebettete Systeme
Maschinen und Anlagen Verpackungs- und
Handelslogistik AutoID- + RFID-Systeme,
Software Engineering
UNTERNEHMENSLOGISTIK
Unternehmensplanung
Supply ChainEngineering
Produktionslogistik
Anlagen- und Service-management
Unternehmensentwick -lung International
Einkauf und Finanzen im Supply Chain Management
LOGISTIK, VERKEHR UND UMWELT
Umwelt und Ressourcenlogistik
Verkehrslogistik
Health Care Logistics
Projektzentrum Luftverkehrslogistik
Projektzentrum Verkehr Mobilität und Umwelt
Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen
© Fraunhofer ·· Seite 6
Supply Chain EngineeringMission Statement
Wir
... erforschen in nationalen und internationalen Projekten Prozesskonzepte und IT für logistische Netzwerke der Zukunft.
... unterstützen bei der Auswahl und Einführung von inner- und überbetrieblichen IT-Systemen
… entwickeln mit und für Unternehmen Supply –Chain-und ERP-Konzepte, Prozesse und unterstützende IT-Systeme für logistische Planungs- und Steuerungsaufgaben.
... bieten Ihnen damit innovative und maßgeschneiderte Lösungen, mit denen Sie auch sehr komplexe logistische Netzwerke kosteneffizient beherrschen können.
© Fraunhofer ·· Seite 7
Industrie 4.0 – Eine Begriffsschärfung
Im Mittelpunkt von Industrie 4.0 steht die
echtzeitfähige, intelligente, horizontale und vertikale Vernetzung
von Menschen, Maschinen, Objekten und IKT-Systemen
zum dynamischen Management von komplexen und individualisierten Systemen
18.Cen.
• Mechanization
19.Cen.
• Electrification
20.Cen.
• Automatization
21.Cen.
• Autonomization
© Fraunhofer ·· Seite 8
Die 4. industrielle Revolution - Alles wird vernetzt & autonom!
MENSCHENplanen, steuern, vernetzen…
BEHÄLTERsagen was zu entnehmen ist.
CONTAINER organisieren ihre Ladung – vieleContainer das logistische Netz.
LKWfahren Güter u. Waren autonom.
FAHRZEUGE und STAPLERorganisieren sich im Schwarm.
REGALEordern selber ihren Nachschub.
© Fraunhofer ·· Seite 10
Die 4. industrielle Revolution - Die Notwendigkeit des Wandels der Organisation
Klassische Automatisierungspyramide
Hierarchisch organisiert
Deterministisch
Systemanpassung durch Customizing
Applikationsspezifische Lösung
Flexibel und wandelbar
Nicht deterministisch
Hochgradig dezentralisiert
Multi-Agenten-Steuerung
Cloud-basiert
Situationsspezifische Lösung
Transformationdes Managements
MigrationCyber-physischer Systeme
ERPStrategie
LeitebenePlanung
Operative EbeneSteuerung
© Fraunhofer ·· Seite 11
Projektkonsortium
Die Schlüssel zum erfolgreichen Management der Abläufe und Risiken in komplexen Produktions- und Logistiknetzwerken liegen in der Informationserfassung und -filterung sowie der Informationsaufbereitung und Visualisierung von Wissen.
Die 4. industrielle Revolution - Informationen sind das zentrale Thema
© Fraunhofer ·· Seite 12
MESManufacturing Execution System
ERP und Industrie 4.0
Heutige ERP-Systeme sind noch nicht Industrie 4.0 geeignet Systeme müssen dezentraler und flexibler werden
Digitale Basis für Industrie 4.0 sind ERP und MES
MES und ERP Systeme werden noch stärker integriert ERP-Systeme erhalten neben der planenden Rolle auch ausführende und steuernde Funktionen
CPSCyber Physical Systems
ERP
Internet
der DingeIndustrie 4.0 Arbeitsplätze
In der Produktion
MDE-Geräte
Maschinen
Produktion
© Fraunhofer ·· Seite 13
Industrie 4.0: Prozesse & IT :Ein denkbarer Rahmen
Digitale Schatten enthalten alle relevanten
Informationen über das physikalische Objekt
Hohe Transparenz des Ist-Zustandes durch Business
Intelligence Ansätze und vertikal sowie horizontal
integrierte IT-Unterstützung
What-if Analysen mittels Logistischer
Assistenzsysteme
Ableitung von neuen Vorgaben für CPS
ERP Systeme leisten die nachgelagerte
“Buchführung”
© Fraunhofer ·· Seite 14
Industrie 4.0 – Chancen für den Mittelstand
Reduktion der Produktionskosten
Effizientere Logistik durch Informationstransparenz
Effizientere Fertigung durch optimalen Ressourceneinsatz
Effizienterer Materialeinsatz und damit Reduktion von Beständen
Vereinfachtes Management der Komplexität im Bereich der Planung
Senkung von Instandhaltungskosten
Erschließung von Umsatzpotentialen
Transparenz der Kundenschnittstelle
Schnellere Belieferung der Märkte
Flexibilisierung der Produktion
Erweiterung des Produkt- und Serviceangebotes
© Fraunhofer ·· Seite 15
Industrie 4.0 - Zukunfts-Aufgaben für den Mittelstand
Industrie 4.0 als Basis für "Blick in die Zukunft" zur Optimierung von Produktionsreihenfolge, Dynamische Reaktion und Störungen . . .
ERP als Service aus der Cloud (zentrales Bindeglied!) und zur Vernetzung mit mobilen Apps, Devices, Maschinen . . .
Mobile und vernetzte Devices zur dezentralen Bereitstellung aller Daten und der Steuerungslogik
Verarbeitung großer Datenmengen zur Analyse in "Echtzeit" (Produkt- und Kundendaten ,Maschinendaten, Sensoren, RFID)
Usability, z.B. in der Produktion durch Reduktion auf das Wesentliche / die Ausnahmen bzw. adaptive Oberflächen ( Anwenderspezifisch . . .)
© Fraunhofer ·· Seite 16
Technologien der Industrie 4.0 Beispiele:
Augmented Reality
Intelligente Behälter
Digitale Dokumentation
3D-Druck von Ersatzteilen
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Technologien der Industrie 4.0 Beispiele:
ConditionMonitoring
Fernwartung
Mobile Devices
Global standardisierte Daten und Software
Cloud
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Die 4. industrielle Revolution – Evolution statt Revolution
Datenerfassung & -verarbeitung
•Grundlage für Industrie 4.0
•Systeme einführen und Nutzen
Assistenzsysteme
•Einfacher, mobiler, immer verfügbar
Dezentralisierung & Serviceorientierung
•Umdenken
•neue Geschäftsfelder erschließen
Vernetzung & Integration
•Vertrauen schaffen
•Zusammenarbeit stärken
•Innovationen generieren
Selbstorganisation & Autonomie
•Zukunftsthema
•Forschung und Entwicklung vorantreiben
Quelle: BMWi „Erschließung der Potenziale der Anwendung von Industrie 4.0 im Mittelstand“
ForschungUmsetzung
© Fraunhofer ·· Seite 19
Schwerpunkteder Forschung und Entwicklung
Durchgängiges Produktionssystem nach CPS-Prinzip für Kleinserien
Zellulares Materialfluss- und Warenbereitstellungskonzept
Autonome, interagierende, intelligente Sensorik für CPS und Produktion
Schlanke und Smarte Planung für eine selbstgesteuerte Produktion
Selbststeuernde Produktion für skalierbare und wirtschaftliche Kleinserienfertigung statt konventioneller Produktionssteuerung (PPS)
© Fraunhofer ·· Seite 20
Informationsverdichtung und
unternehmensübergreifende
zielgruppenspezifische
Visualisierung
Durchgängiges
Informationsmodell und -
plattform für das gesamte
Logistiknetzwerk
Vorausschau und Prognose
zukünftiger Systemzustände zum
proaktiven Management des
Logistiknetzwerks
Anwendungsorientierte Betrachtung unternehmensübergreifender Szenarien
Engpassmanagement Behältermanagement
Ziele des Forschungsprojekts :Viloma
© Fraunhofer ·· Seite 21
Forschungsprojekt :Digitalisierung des Prozess-/Technikbereichs
Dezentralisierung/Selbststeuerung Wandlungsfähigkeit des Werkstatt-Bereichs
Echtzeiterfassung und bedarfsgerechte Bearbeitung von Informationen durch situative Kapazitätsplanungen mit Echtzeitdaten im Werkstattbereich
Just-In-Time durch höhere Integration der Zulieferer, Dienstleister und Kunden durch automatisierte Ermittlung von z.B. Logistik zeiten (über RFID) und Austausch mit ERP
Effiziente Auftragsbearbeitung durch adaptive Informationsbereitstellung (IT-basierte Mitarbeiterführung: Arbeitsvorgänge, Material, Werkzeuge etc.)
Prozesssicherheit
© Fraunhofer ·· Seite 22
Konte
xt
Legende: Blau – Güterfluss; orange - Informationsfluss
BMBF-ForschungsprojektIndustrial Data Space verknüpft Plattformen und die Dinge
Wetter
Innerbetriebliche
Sicht
Fabrik/Warehouse
Supply-Chain-Sicht
Planungs- und
Steuerungssicht
LDLMarktplatzbetreiber
Öffentliche
KontextdatenVerkehr
Ausfü
hru
ngsebene
Ste
ueru
ngsebene
IoT Cloud IDS Broker
IDS
IDS
IDS
IDS
IDS
IDS
IDS
IDS
© Fraunhofer ·· Seite 23
Potenzialanalyse für Industrie 4.0Ziele
Identifikation von Potenzial und Nutzen relevanter Industrie 4.0 Lösungen
Entwicklung einer Industrie 4.0 Vision für Ihr Unternehmen
Factory 4.0
Supply Chain 4.0
Ableiten der nächsten Schritte hin zur Industrie 4.0
© Fraunhofer ·· Seite 24
Potenzialanalyse für Industrie 4.0Vorgehen
Definition
der Ziele
Analyse von
Anforderungen
Assistance Systems, Visualization (AR, VR, MR) and IT to support
Human
Hardware Development
Toolset for smart Actuators 18Development of
sensors 1
Methods to develop decentralized components for facility automation
Early error detection in embedded systems
1Development of self service terminals
Internet TechnologyDecentralized maschine
control (Cloud)
Decentralized maschine control
Energy Efficiency
Energy Management
1Decentralized Energy supply
1Manufacturing process controlled TGA
ChangeabilityIT methods for multi functional factories
Changeable logistics
1
Machine Interaction
13Human-Machine-Interaction
Machine-Machine-Interaction
2Factory planning for cyber
physical systems
Object and environment detection
2
Simulation
Produktionsbegleitende Simulation
Simulation autonomer Technologien
1Simulation in der
Fabrikplanung
Interfaces
Interface standards
1
Autonomous Systems
Self organizing (transport systems)
Self configuration (maschines)
7Self organizing (PPS)
Self diagnostics
Intercompany Cooperation
Intercompany optimization
Programming Tools
2
Self optimized processes
2
Interactive Visualization
2
4
Intelligente Objects
8
6
1
4
1
Programming tools for embedded systems
Track & Trace
3
7
2
Staff training oncerning intelligent systems
2
2
5
8
Factory Planning
5
7Further processing of maschine and process data
10Assistance
Systems
Interface security 4
3
7
1
13
Interface development
Knowledge plattform for development of inteligent technical systems
Plug and Play functinality for smart factories
Entwicklung der
Industrie 4.0 Lösungen
Aufwand-Nutzen
Analyse
Nutzen
Au
fwa
nd
Supply Chain 4.0
Factory 4.0
Ableiten der
Zielvisionen
© Fraunhofer ·· Seite 25
CM – Collaborative Container Management
LSPM – Logistics Service Provider Monitoring
BP – Bottleneck Prevention
OFA – Optimized Forecast Accuracy
EPP – Efficient Procurement Processes
SCRM – Supply Chain Risk Management
PS – Process Standardization
SSC – Shadowed Supply Chain
1) ERP = Enterprise Resource Planning
2) WMS = Warehouse Management System
3) MES = Manufacturing Execution System
4) LAS = Logistic Assistance System
Potenzialanalyse für Industrie 4.0Supply Chain 4.0
© Fraunhofer ·· Seite 26
Potenzialanalyse für Industrie 4.0Factory 4.0
Automated
Guided Vehicles
Automated
Truck Loading
and Unloading
I4.0-Shooter
Scalable Goods-
To-Person
Solutions
(like Shuttle
AS/RS for KLT)
Pick-By-Vision
Mobile Robots
(Cobotics)
Predictive Maintenance
Automated
Guided Vehicles
© Fraunhofer ·· Seite 27
Kompetenzzemtrum für Industrie 4.0
Digitalisierung und Vernetzung im Sinne der Industrie 4.0
OstWestfalenLippe
Metropole Ruhr
Rheinland
• Intelligente Automatisierung
• Intelligente technische
Systeme
• Intelligente Logistik
• Intelligente Wert-
schöpfungsnetzwerke
• Intelligente
Produktionstechnologien
Industrie 4.0 – Schritt für Schritt
Befähigung zur Beantwortung der Kernfragen
Qualifizieren UmsetzenDemonstrierenInformieren4.0
Was genau ist Industrie
4.0? Wie kann mein
Unternehmen davon
profitieren?
Digitalisierung live und in Farbe
– gibt es das überhaupt? Wie
bekomme ich den Beweis?
Welche Kompetenzen
brauche ich für die
Digitalisierung? Wie kann ich
diese aufbauen?
Ist mein Unternehmen schon reif
für die Digitalisierung? Was sind
meine nächsten Schritte?
Wie kann ich die
Digitalisierung in meinem
Unternehmen umsetzen?
Wie finde ich den richtigen
Partner dafür?
Konzipieren
Fraunhofer IML – Supply Chain Engineering
Ihre Ansprechpartner
LeitungHerr Dipl.-Ing. Marco Motta
Tel.: +49 (0) 2 31 / 97 43-1 33
E-Mail: [email protected]
Fraunhofer-Institut für Materialfluss
und Logistik (IML)
Joseph-von-Fraunhofer-Str. 2-4
44227 Dortmund
Enterprise Resource Planning
Herr Dipl.-Ing. Heinz- Georg Pater
Tel.:+49 (0)231 9743-110
E-Mail :[email protected]